(57)【要約】【課題】  多ピン化に対応し、基板の反り等によるオープン不良を防ぐ為に、金属突起上の導電性ペーストと基板の電極パッドの接着面積を大きくできる。【解決手段】  回路形成面に複数の電極パッド２を配置した半導体素子１と、半導体素子の回路形成面と対向する面に複数の電極部８を配置し反対側の面に複数の外部端子１１を配置した基板７とを備え、半導体素子１の電極パッド２と基板７の電極部８は、複数の金属突起４と導電性ペースト６を介して各々電気的に接続される半導体装置であって、金属突起４は、半導体素子１の回路形成面に複数列となるように電極パッド２に形成され、半導体素子１の回路形成面の中央領域に配置する金属突起４ｃの断面形状は、周縁が盛り上がった裾野を有する略山形形状である。【選択図】  図１
2006012950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路形成面に複数の電極パッドを配置した半導体素子と、前記半導体素子の回路形成面と対向する面に複数の電極部を配置し反対側の面に複数の外部端子を配置した基板とを備え、前記半導体素子の電極パッドと前記基板の電極部は、複数の金属突起と導電性ペーストを介して各々電気的に接続される半導体装置であって、
前記金属突起は、前記半導体素子の回路形成面に複数列となるように前記電極パッドに形成され、前記半導体素子の回路形成面の中央領域に配置する金属突起の断面形状は、周縁が盛り上がった裾野を有する略山形形状であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
回路形成面に複数の電極パッドを配置した半導体素子と、前記半導体素子の回路形成面と対向する面に複数の電極部を配置し反対側の面に複数の外部端子を配置した基板とを備え、前記半導体素子の電極パッドと前記基板の電極部は、複数の金属突起と導電性ペーストを介して各々電気的に接続される半導体装置であって、
前記金属突起は、前記半導体素子の回路形成面に複数列となるように前記電極パッドに形成され、前記半導体素子の回路形成面の最外周に配置する金属突起の断面形状は、周縁が盛り上がった裾野を有する略山形形状であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記金属突起は、周縁の盛り上がった部分が複数の段を持つ階段状になっている請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記金属突起の頭頂部がハンマー型である請求項１，２または３記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体素子の回路形成面に配置した複数の電極パッドに金属突起を形成する工程と、前記金属突起を平坦化する工程と、導電性ペーストを前記金属突起に転写する工程と、複数の電極部を有し、前記電極部と反対側の面に複数の外部端子を有した基板を準備する工程と、前記基板の複数の電極部に前記半導体素子の金属突起と導電性ペーストを加熱硬化し接合する工程と、前記半導体素子の回路形成面と前記基板の電極部側の面との間にアンダーフィルを注入する工程と、前記アンダーフィルを加熱硬化する工程とを含み、
前記金属突起を形成する際、同一キャピラリで凸型の金属突起と、周縁が盛り上がった裾野を有する略山形形状の金属突起とを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
半導体素子の回路形成面に配置した複数の電極パッドに金属突起を形成する工程と、前記金属突起を平坦化する工程と、導電性ペーストを前記金属突起に転写する工程と、複数の電極部を有し、前記電極部と反対側の面に複数の外部端子を有した基板を準備する工程と、前記基板の複数の電極部に前記半導体素子の金属突起と導電性ペーストを加熱硬化し接合する工程と、前記半導体素子の回路形成面と前記基板の電極部側の面との間にアンダーフィルを注入する工程と、前記アンダーフィルを加熱硬化する工程とを含み、
前記金属突起を形成する際、周縁が盛り上がった裾野を有する略山形形状で、盛り上がった部分の段数が違う複数の金属突起を同一キャピラリで形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記金属突起を平坦化する工程において、前記略山形形状の金属突起の頭頂部がハンマー型となるように平坦化する請求項５または６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記キャピラリは、先端の外周に段付き部分を有し、略山形形状の金属突起の周縁の盛り上がった部分を前記段付き部分によって形成する請求項５，６または７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記略山形形状の金属突起の頭頂部はハンマー型であり、前記導電性ペーストを前記金属突起に転写する工程において、前記頭頂部の大きさを変化させることによって前記導電性ペーストの転写量を変化させる請求項５または７記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子の回路形成面に複数列の電極パッドを有し、前記半導体素子をフリップチップ実装方法で実装した半導体装置に関するものであり、特に半導体装置の多ピン化、小型化に対応できる半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の小型化により、半導体装置にも小型化が要求されている。しかし、高性能化に伴う半導体素子の多ピン化により、従来の半導体素子の外周部だけに電極パッドを形成するペリフェラル配置では半導体装置は大型化してしまい小型化の要求に対応できない。そこで、半導体素子の回路形成面に電極パッドをペリフェラル配置から電極パッドを複数列に配置したエリアパッド配置が必要となってきている。半導体装置を小さく（薄型化）するために半導体素子の回路形成面を直接基板に実装する方法としフリップチップ実装方法がある（例えば特許文献１）。
【０００３】
以下、図１５と図１６を参照して従来のフリップチップ実装方法を説明する。半導体素子１の回路形成面に配置した複数列の電極パッド２にキャピラリ３により凸型金属突起４を形成する。以下、凸型金属突起４は金（Ａｕ）で形成する場合について説明する。
【０００４】
図１５（ａ）に示すようにキャピラリ３の形状は、先端に平坦面３１を有し、先端方向に細くなった円錐形状である。キャピラリ３の軸心には金属ワイヤ４１の通るキャピラリホール３２が設けられている。前記金属ワイヤ４１の材質は９９．９９％以上の金（Ａｕ）より構成され、金属ワイヤ４１の線径はφ１８μｍから３０μｍ程度である。
【０００５】
キャピラリホール３２より金属ワイヤ４１を出し、金属ワイヤ４１の先端を放電等で融解させ、球状のＡｕボール４２を形成する。図１５（ｂ）に示すようにＡｕボール４２は半導体素子１の回路形成面に配置した複数列の電極パッド２に、超音波振動を加えながら圧着される。電極パッド２の最表面の材質はＡｌ層で構成され、ＡｌとＡｕの合金形成により接続される。
【０００６】
キャピラリ３を上に引き上げ、金属ワイヤ４１を引きちぎることにより図１５（ｃ）に示すように中心が突き出て周囲が平らな台４３になった環状の金属突起４が形成される。これを繰り返すことにより、図１６（ａ）に示すように半導体素子外周部と中央領域に複数列の金属突起を形成する。図１６（ｂ）に示すように金属突起の先端部４４にレベリングツール５で一定の荷重を加えレベリングを行い、金属突起４の高さを均一にする。この金属突起４にレベリング時に加える荷重は金属突起あたり、１５ｇｆから２５ｇｆである。図１６（ｃ）に示すように金属突起４の形成面を下側にし、金属突起４を導電性ペーストに浸漬させ、表面張力により導電性ペースト６を転写する。図１６（ｄ）に示すように金属突起４を基板７の電極パッド８に圧着し、導電性ペース６トを加熱により硬化させる。図１６（ｅ）に示すように半導体素子１の回路形成面と基板７の電極面側間にアンダーフィルと呼ばれるエポキシ樹脂等９を充填する。図１６（ｆ）に示すように加熱硬化させ封止する。
【０００７】
図１７は従来の半導体装置の断面図である。図１８は上から見た金属突起の配置図である。線Ａ−Ａ’は図１７の断面図の位置である。金属突起４ａが半導体素子１の外周に形成された金属突起となり、金属突起４ｂが半導体素子の中央領域に形成された金属突起になる。基板の下には外部端子１１がある。
【特許文献１】特開２００１−８５４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の方法で半導体素子の電極パッドがエリアパッド配置の場合に半導体素子を基板にフリップチップ実装した場合、熱等により図１９の様に凹型に基板が反ると、半導体素子１の外周部の電極パッド２ａに形成された金属突起４ａの位置での基板の反り量が１０μｍ以下に対し、半導体素子１の中央領域の電極パッド２ｂに形成された金属突起４ｂの位置での基板の反り量は５０μｍと大きいため、半導体素子１の中央領域にオープン不良が多発していた。また、最初は半導体素子１の中央領域の電極パッド２ｂに形成された金属突起４ｂが電気的に接続されていても繰り返し使用している間に、図２０に示すように半導体素子１の中央領域にオープン不良が起こるという問題も生じていた。
【０００９】
これらの問題を解決するには、基板７の反り量を吸収し、接着強度を確保できる様に、半導体素子１の中央領域の電極パッド２ｂに形成された金属突起４ｂ上の導電性ペースト６と基板７の電極パッド８の接着面積を大きくする必要がある。そのためには、金属突起４上に多くかつ高く導電性ペースト６を積む必要がある。しかしながら、転写できる導電性ペースト６の量は、導電性ペースト６と金属突起４の接着面積により限界がある。その上、凸型の金属突起の場合、図２１（ａ）に示すように金属突起４に転写する導電性ペースト６の量が多いと基板７と金属突起４を圧着する時に、図２１（ｂ）に示すように金属突起の台部４３で導電性ペースト６を支えきれずこぼれてしまい、導電性ペースト６が隣接した他の金属突起等に接触しショートしてしまうという問題も生じていた。これは、特に基板７と金属突起４との間隔が狭くなる、基板７の反り量が小さい位置に接着される金属突起４で生じていた。
【００１０】
また、基板は図２２に示すように凸型に反る場合もある。この場合、半導体素子１の外周部の電極パッド２ａの位置の基板７の反り量が大きくなるので、半導体素子１の外周部にオープン不良が生じる問題が発生していた。
【００１１】
したがって、この発明の目的は、多ピン化に対応し、基板の反り等によるオープン不良を防ぐ為に、金属突起上の導電性ペーストと基板の電極パッドの接着面積を大きくでき、かつ金属突起と基板とを圧着する時にも金属突起の台部で導電性ペーストを支えることができる金属突起を有し、また量産でのロスをなくすために一本のキャピラリで金属突起を形成することができる半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するためにこの発明の請求項１記載の半導体装置は、回路形成面に複数の電極パッドを配置した半導体素子と、前記半導体素子の回路形成面と対向する面に複数の電極部を配置し反対側の面に複数の外部端子を配置した基板とを備え、前記半導体素子の電極パッドと前記基板の電極部は、複数の金属突起と導電性ペーストを介して各々電気的に接続される半導体装置であって、前記金属突起は、前記半導体素子の回路形成面に複数列となるように前記電極パッドに形成され、前記半導体素子の回路形成面の中央領域に配置する金属突起の断面形状は、周縁が盛り上がった裾野を有する略山形形状である。
【００１３】
請求項２記載の半導体装置は、回路形成面に複数の電極パッドを配置した半導体素子と、前記半導体素子の回路形成面と対向する面に複数の電極部を配置し反対側の面に複数の外部端子を配置した基板とを備え、前記半導体素子の電極パッドと前記基板の電極部は、複数の金属突起と導電性ペーストを介して各々電気的に接続される半導体装置であって、前記金属突起は、前記半導体素子の回路形成面に複数列となるように前記電極パッドに形成され、前記半導体素子の回路形成面の最外周に配置する金属突起の断面形状は、周縁が盛り上がった裾野を有する略山形形状である。
【００１４】
請求項３記載の半導体装置は、請求項１または２記載の半導体装置において、前記金属突起は、周縁の盛り上がった部分が複数の段を持つ階段状になっている。
【００１５】
請求項４記載の半導体装置は、請求項１，２または３記載の半導体装置において、前記金属突起の頭頂部がハンマー型である。
【００１６】
請求項５記載の半導体装置の製造方法は、半導体素子の回路形成面に配置した複数の電極パッドに金属突起を形成する工程と、前記金属突起を平坦化する工程と、導電性ペーストを前記金属突起に転写する工程と、複数の電極部を有し、前記電極部と反対側の面に複数の外部端子を有した基板を準備する工程と、前記基板の複数の電極部に前記半導体素子の金属突起と導電性ペーストを加熱硬化し接合する工程と、前記半導体素子の回路形成面と前記基板の電極部側の面との間にアンダーフィルを注入する工程と、前記アンダーフィルを加熱硬化する工程とを含み、前記金属突起を形成する際、同一キャピラリで凸型の金属突起と、周縁が盛り上がった裾野を有する略山形形状の金属突起とを形成する。
【００１７】
請求項６記載の半導体装置の製造方法は、半導体素子の回路形成面に配置した複数の電極パッドに金属突起を形成する工程と、前記金属突起を平坦化する工程と、導電性ペーストを前記金属突起に転写する工程と、複数の電極部を有し、前記電極部と反対側の面に複数の外部端子を有した基板を準備する工程と、前記基板の複数の電極部に前記半導体素子の金属突起と導電性ペーストを加熱硬化し接合する工程と、前記半導体素子の回路形成面と前記基板の電極部側の面との間にアンダーフィルを注入する工程と、前記アンダーフィルを加熱硬化する工程とを含み、前記金属突起を形成する際、周縁が盛り上がった裾野を有する略山形形状で、盛り上がった部分の段数が違う複数の金属突起を同一キャピラリで形成する。
【００１８】
請求項７記載の半導体装置の製造方法は、請求項５または６記載の半導体装置の製造方法において、前記金属突起を平坦化する工程において、前記略山形形状の金属突起の頭頂部がハンマー型となるように平坦化する。
【００１９】
請求項８記載の半導体装置の製造方法は、請求項５，６または７記載の半導体装置の製造方法において、前記キャピラリは、先端の外周に段付き部分を有し、略山形形状の金属突起の周縁の盛り上がった部分を前記段付き部分によって形成する。
【００２０】
請求項９記載の半導体装置の製造方法は、請求項５または７記載の半導体装置の製造方法において、前記略山形形状の金属突起の頭頂部はハンマー型であり、前記導電性ペーストを前記金属突起に転写する工程において、前記頭頂部の大きさを変化させることによって前記導電性ペーストの転写量を変化させる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明の請求項１記載の半導体装置によれば、金属突起は、半導体素子の回路形成面に複数列となるように電極パッドに形成され、半導体素子の回路形成面の中央領域に配置する金属突起の断面形状は、周縁が盛り上がった裾野を有する略山形形状であるので、金属突起の台部の外周部の盛り上がった部分が壁になり、その壁の側面の部分によって金属突起と導電性ペーストとの接着面積が増えるので、凸型金属突起より多くの導電性ペーストを金属突起に積むことができる。このように、多くの導電性ペーストを金属突起に積むことができるので、導電性ペーストと基板の電極パッドとの接着面積を大きくすることができ、凹型に基板が反る場合、基板の反り量の大きい位置に対応する半導体素子の中央領域でのオープン不良を防ぐことができる。また、台部の外周部の壁の部分が導電性ペーストの広がりを抑えるので、導電性ペーストが金属突起の台部よりこぼれることを防ぐことができる。このため、導電性ペーストが隣の金属突起等に接触しショート不良が起こることを防ぐことができる。この発明により、多ピン化に対応した半導体素子の電極パッドがエリアパッド配置の場合に半導体素子を基板にフリップチップ実装することが可能になる。
【００２２】
この発明の請求項２記載の半導体装置によれば、金属突起は、半導体素子の回路形成面に複数列となるように電極パッドに形成され、半導体素子の回路形成面の最外周に配置する金属突起の断面形状は、周縁が盛り上がった裾野を有する略山形形状であるので、金属突起の台部の外周部の盛り上がった部分が壁になり、その壁の側面の部分によって金属突起と導電性ペーストとの接着面積が増える。このため、同様に金属突起に導電性ペーストを多く積むことができるので、凸型に基板が反る場合、基板の反り量の多い位置に対応する半導体素子の最外周の電極パッドでのオープン不良を防ぐことができる。また、同様に台部の外周部の壁の部分が導電性ペーストの広がりを抑えるので、導電性ペーストが金属突起の台部よりこぼれることを防ぐことができる。このため、導電性ペーストが隣の金属突起等に接触しショート不良が起こることを防ぐことができる。この発明により、多ピン化に対応した半導体素子の電極パッドがエリアパッド配置の場合に半導体素子を基板にフリップチップ実装することが可能になる。
【００２３】
請求項３では、金属突起は、周縁の盛り上がった部分が複数の段を持つ階段状になっているので、段の部分は裾野の最外の壁より内側の部分で、金属突起の台部より高くなり、その分同じ導電性ペーストが転写されても導電性ペーストが高く積まれることになる。また、段の部分は最外の壁の内側であるので、その段の上に導電性ペーストが積まれても、導電性ペーストの広がりを抑える効果も残る。段の数や高さを変えることで金属突起に積む導電性ペーストの高さを調整することができる。これにより、基板の電極パッドと導電性ペーストの接着面積が大きくなり、接着強度が増し、しかも導電性ペーストの広がりを抑える壁として役割も残るので、略山形形状の金属突起の裾野の周縁の盛り上がった部分が複数の段を持つ形状にすることにより、複数の段を持つ形状にしない場合に比べショート不良に対する信頼性を損なうことなくオープン不良に対する信頼性を増すことができる。
【００２４】
請求項４では、金属突起の頭頂部がハンマー型であるので、頭頂部の平坦化された部分の面積が大きくなり、金属突起と導電性ペーストとの接着面積が大きくなるとともに、金属突起の頭頂部という高い位置に導電性ペーストが多く転写されるので、導電性ペーストを高く積むことができる。これにより、基板の電極パッドと導電性ペーストの接着面積が増し、接着強度が増すので、略山形形状の金属突起の頭頂部をハンマー型にすることで、ハンマー型にしない場合に比べオープン不良に対する信頼性を増すことができる。さらに金属突起と導電性ペーストとの接着面積が、金属突起の頭頂部という基板と導電性ペーストの接着面に近い部分で大きくなることにより、導電性が良くなるという効果もある。
【００２５】
この発明の請求項５記載の半導体装置の製造方法によれば、金属突起を形成する際、同一キャピラリで凸型の金属突起と、周縁が盛り上がった裾野を有する略山形形状の金属突起とを形成するので、1本のキャピラリで基板の反りの大きい部分は略山形形状の金属突起を形成し、基板の反りの小さい部分は凸型の金属突起を形成した半導体装置を製造することができる。また、基板の反り量の小さい部分では従来の凸型金属突起でオープン不良に対する信頼性は問題なく、またこれによって、基板と金属突起の間隔が狭くなる基板の反り量の小さい部分の金属突起に積む導電性ペーストの量が、基板と金属突起の間隔が広くなる基板の反り量の大きい部分に積む導電性ペーストの量に比べて少なくなるので、導電性ペーストが金属突起の台部からこぼれることを防ぐことができる。この場合、凸型の金属突起の形状を形成するのは、キャピラリ先端の平坦部なので、キャピラリの外形によらずキャピラリ先端の平坦部の大きさが十分であれば、凸型の金属突起を形成することができる。よって、先端に平坦部を有し、側周面の部分に段差をつけたキャピラリを用いることにより、1本のキャピラリで凸型の金属突起も形成でき、裾野の周縁が盛り上がった形状の略山形形状の金属突起も形成すことができる。この発明により、多ピン化に対応した半導体素子の電極パッドがエリアパッド配置の場合に半導体素子を基板にフリップチップ実装することが可能になり、1本のキャピラリで製造できるので量産にも対応できる。
【００２６】
この発明の請求項６記載の半導体装置の製造方法によれば、金属突起を形成する際、周縁が盛り上がった裾野を有する略山形形状で、盛り上がった部分の段数が違う複数の金属突起を同一キャピラリで形成するので、1本のキャピラリで基板の反りの大きい部分に、多くかつ高く導電性ペーストを積むことができる段数の多い略山形形状の金属突起を形成した半導体装置を製造することができ、同様にオープン不良やショート不良に対する信頼性を上げることができる。この場合、側周面につける段差を複数にしたキャピラリを用いることにより、裾野の周縁の盛り上がった部分の段差の数が違う略山形形状の複数の金属突起を１本のキャピラリで形成することができる。この発明により、多ピン化に対応した半導体素子の電極パッドがエリアパッド配置の場合に半導体素子を基板にフリップチップ実装することが可能になり、1本のキャピラリで製造できるので量産にも対応できる。
【００２７】
請求項７では、金属突起を平坦化する工程において、略山形形状の金属突起の頭頂部がハンマー型となるように平坦化するので、導電性ペーストの転写量を変化させ、安定したフリップチップ接続を得ることが可能となる。具体的には、金属突起の突起部は金線を引きちぎることによってできているので、突起の頭頂部は引き伸ばされており金属突起の他の部分より強度が弱くなっている。そのため、レベリング時にかける金属突起あたりの荷重を通常金属突起を平坦化する時にかける荷重より大きくすることにより、頭頂部のみを潰すことができる。これによって、略山形形状の金属突起の頭頂部がハンマー型となるように平坦化の量を大きくすることができる。
【００２８】
請求項８では、キャピラリは、先端の外周に段付き部分を有し、略山形形状の金属突起の周縁の盛り上がった部分を段付き部分によって形成するので、金属突起の安定した裾野の形状を得ることができる。このため、金属突起と導電性ペーストの接着面積が安定し、略山形形状の金属突起に安定した量の導電性ペーストを積むことができる。
【００２９】
請求項９では、略山形形状の金属突起の頭頂部はハンマー型であり、導電性ペーストを金属突起に転写する工程において、頭頂部の大きさを変化させることによって導電性ペーストの転写量を変化させるので、安定したフリップチップ接続を得ることが可能となる。この場合、レベリング時にかける金属突起あたりの荷重を変化させることにより、略山形形状の金属突起の頭頂部の面積を変化させることによって、金属突起と導電性ペーストの接着面積を変化させることができ、略山形形状の金属突起に転写する導電性ペーストの量を変化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
この発明の第１の実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態における半導体装置を示す断面図であり、基板が凹型に反る場合を示す。
【００３１】
図１に示すように、半導体素子１の回路形成面上に複数の電極パッド２が配置され、前記電極パッド２上に金属突起４が形成される。金属突起４は従来例と同様にＡｕで形成する場合について示す。基板７にも電極パッド８が形成され、半導体素子１の電極パッド２上に形成された金属突起４は金属突起４上に転写された導電性ペースト６で基板７の電極パッド８に接着されている。半導体素子１と基板７の間にはエポキシ系樹脂９が充填されている。ここで、例えば導電性ペースト６の材質はＡｇ−Ｐｄの粉末を含んだペースト状の熱硬化性樹脂からなる。また、半導体素子１の電極パッド２と基板７の電極パッド８は、複数の金属突起４と導電性ペースト６を介して各々電気的に接続される。この場合、半導体素子１の電極パッド２の最表面材質はＡｌ層で構成され、ＡｌとＡｕの合金形成により接続される。
【００３２】
また、半導体素子１上には、基板７の反り量の小さい位置に対応する半導体素子１の最外周の電極パッド２ａには凸型金属突起４ａが形成され、基板７の反り量の大きい位置に対応する半導体素子１の中央領域の電極パッド２ｂには略山形形状の金属突起４ｃが形成されている。
【００３３】
図２は本発明の第１の実施形態において基板が凹型に反る場合の半導体装置の上から見た金属突起の配置図である。線Ａ−Ａ’の図１の断面図の位置である。図２に示すように、金属突起４ａが半導体素子１の外周部に形成された金属突起となり、金属突起４ｃが半導体素子１の中央領域に形成された略山形形状の金属突起になる。
【００３４】
図３（ａ）は、本発明の実施形態と比較するために半導体素子の外周部と半導体素子の中央領域に凸型金属突起を形成し、熱衝撃試験(Ｈ／Ｓ）を行った時の試験サイクル数と半導体素子の中央領域の凸型金属突起の接続抵抗の関係を示す図である。測定は１０チップで行っている。１００サイクルで最大値６００ｍΩと大きな値になっているが、３００サイクルで最大値１９００ｍΩと非常に大きな値になっている。これは、オープン不良である。
【００３５】
図３（ｂ）は、本発明の実施形態において半導体素子の外周部に凸型金属突起を、半導体素子の中央領域には略山形形状の金属突起を形成し、熱衝撃試験(Ｈ／Ｓ）を行った時の試験サイクル数と半導体素子の中央領域の裾野の周縁が盛り上がった形状の略山形形状の金属突起の接続抵抗の関係を示す図である。１００サイクルで最大値１４０ｍΩ、３００サイクルでも最大値１００ｍΩと小さい値になっている。よって、凸型金属突起を裾野の周縁が盛り上がった略山形形状の金属突起に変えることで接続強度が上がっていることがわかる。
【００３６】
図４は本発明の第１の実施形態における半導体装置の断面図であり、基板が凸型に反る場合を示す。
【００３７】
図４に示すように、半導体素子１上には、基板７の反り量の小さい半導体素子１の中央領域の電極パッド２ｂに凸型金属突起４ｂが形成され、反り量の大きい半導体素子１の外周部の電極パッド２ａには略山形形状の金属突起４ｃが形成されている。
【００３８】
図５は本発明の第１の実施形態において基板が凸型に反る場合の半導体装置上から見た金属突起の配置図である。線Ａ−Ａ’は図４の断面図の位置である。図５に示すように、金属突起４ｃが半導体素子１の外周部に形成された略山形形状の金属突起となり、金属突起４ｂが半導体素子１の中央領域に形成された金属突起になる。
【００３９】
ここで、本発明の実施形態における製造方法に用いるキャピラリの形状について図６に基づいて説明する。本実施形態のキャピラリ３ａの形状は図６（ａ）で示すように、先端部３１は平坦であり、側周面に段差３３を有した円錐形状である。この段差３３により、金属突起４の台部の外周に安定した高さの壁４５を形成することができる。キャピラリ３ａの軸心には金線など金属ワイヤ４１の通るキャピラリホール３２が設けられている。また前記金属ワイヤ４１の材質は一例を挙げると、９９．９９％以上の金（Ａｕ）より構成され、金属ワイヤ４１の線径はφ１８μｍから３０μｍ程度である。
【００４０】
このキャピラリ３ａにより形成される裾野の周縁が盛り上がった形状の略山形形状の金属突起４ｃの形状について説明する。本実施形態の略山形形状の金属突起４ｃは環状の形状をしており、図６（ｃ）に示すように中心が突き出て、その周囲が平らな台４３になっており、その台４３の外周は壁４５になっている。この壁の高さｈ１は、図６（ｂ）に示すようにキャピラリ３ａの段差の大きさｈ２で変化させることができる。
【００４１】
次に図６および図７を用いて本発明の第１の実施形態の半導体装置の製造方法を説明する。本発明の第１の実施形態の形成方法は、背景技術において説明した形成方法とほぼ同じであるので、相違点のみ詳しく説明する。
【００４２】
図１に示すように基板７が凹型に反る場合、基板７の反り量の小さい半導体素子の外周部の電極パッド２ａにはキャピラリ３ａにより凸型の金属突起４ａを形成する。その形成方法は背景技術で説明した方法と同じで、図７（ａ）で示すようにキャピラリホール３２より金属ワイヤ４１を出し、金属ワイヤ４１の先端を放電等で融解させ、球状のＡｕボール４２を形成する。図７（ｂ）で示すようにＡｕボール４２は半導体素子１の電極２に、超音波振動を加えながら圧着される。キャピラリ３ａを上に引き上げ、金属ワイヤ４１を引きちぎるという方法である。図７（ｃ）は、形成された凸型金属突起４ａである。
【００４３】
基板7の反り量の大きい半導体素子中央部の電極パッド２ｂには、図６（ａ）で示すようにキャピラリ先端部３１の外周径より金属突起の外周径が大きくなるように、金属ワイヤ４１の先端を融解させるための放電時間を長くする等で形成するＡｕボール４１を大きくする。さらにＡｕボール４１に与える荷重と超音波振動を大きくし、図６（ｂ）で示すようにＡｕボールを圧着し略山形形状の金属突起４ｃを形成する。図６（ｃ）は、形成された略山形形状の金属突起４ｃである。
【００４４】
このように、1本のキャピラリで、図８（ａ）に示すような凸型の金属突起４ａと略山形形状の金属突起４ｃを形成することができる。この後の形成方法は、背景技術で説明した方法と同じで、図８（ｂ）で示すように金属突起の先端部４４にレベリングツール５で一定の荷重を加えレベリングを行い、金属突起４の高さを均一にする。この金属突起４にレベリング時に加える荷重は金属突起あたり、１５ｇｆから２５ｇｆである。図8（ｃ）で示すように金属突起４の形成面を下側にし、金属突起４を導電性ペースト６に浸漬させ、表面張力により導電性ペースト６を転写する。図８（ｄ）に示すように金属突起４を基板７の電極パッド８に圧着し、導電性ペースト６を加熱により硬化させる。図８（ｅ）に示すように半導体素子１の回路形成面と基板７の電極面側間にアンダーフィルと呼ばれるエポキシ樹脂等９を充填する。図８（ｆ）に示すように加熱硬化させ封止する。
【００４５】
基板７が凸型に反る場合は、半導体素子の中央領域は基板の反り量が小さくなるので凸型の金属突起４ｂを形成し、半導体素子の外周部は反り量が大きくなるので略山形形状の金属突起４ｃを形成する点以外は形成方法が、基板７が凹型に反る場合と同じである。
【００４６】
この発明の第２の実施の形態を図９〜図１１に基づいて説明する。図９は本発明の第２の実施形態における半導体装置を示す断面図である。図１０は、第２の実施形態におけるキャピラリの形状を示す図である。
【００４７】
図９に示すように第２の実施形態は、第１の実施形態の略山形形状の金属突起４ｃを、裾野の周縁の盛り上がった部分に複数の段４５ａが形成された略山形形状の金属突起４ｅに変えたものである。よって、裾野の周縁の盛り上がった部分に複数の段４５ａが形成された略山形形状の金属突起４ｅとその製造に方法以外は、形状、製造方法ともに第１の実施形態と同じなので、裾野の周縁の盛り上がった部分に複数の段４５ａが形成された略山形形状の金属突起４ｅの形状と製造方法について図１０および図１１を用いて説明する。
【００４８】
図１０（ｂ）に示すように、裾野の周縁の盛り上がった部分に複数の段４５ａを持った略山形形状の金属突起４ｅは環状の形状になっており、中心に突起があり、その突起の周囲が平らな台４３になっており、その台４３の外周は壁４５になっており、この壁４５に複数の段４５ａを持っている。
【００４９】
次に、図１０（ａ）で示すように本実施形態の製造方法に用いるキャピラリ３ｂの形状は、先端部３１は平坦であり、側周面に複数の段差３３ａを有した円錐形状である。この複数の段差３３ａにより、金属突起４ｅの台部の外周に複数の段４５ａを持った壁４５を形成することができる。キャピラリ３ｂの軸心には金線など金属ワイヤの通るキャピラリホール３２が設けられている。また前記金属ワイヤ４１の材質は一例を挙げると、９９．９９％以上の金（Ａｕ）より構成され、金属ワイヤ４１の線径はφ１８μｍから３０μｍ程度である。このキャピラリを用いた第２の実施形態の略山形形状の金属突起の製造方法は、第1の実施形態の略山形形状の金属突起の製造方法とほぼ同じである。キャピラリホール３２より金属ワイヤ４１を出し、金属ワイヤ４１の先端を放電等で融解させ、球状のＡｕボール４２を形成する。Ａｕボール４２は半導体素子１の電極２に、超音波振動を加えながら圧着される。キャピラリ３ｂを上に引き上げ、金属ワイヤ４１を引きちぎるという方法である。このとき放電時間を変えるなどで形成するＡｕボール４２の大きさを変えることで、図１１（ａ）に示すような凸型の金属突起４ａ、図１１（ｂ）に示すような裾野の周縁の盛り上がった部分が1段の略山形形状の金属突起４ｃ、図１０（ｂ）で示すような裾野の周縁の盛り上がった部分が2段以上の複数の略山形形状の金属突起４ｅを1本のキャピラリで形成することができる。
【００５０】
この発明の第３の実施の形態を図１２〜図１４に基づいて説明する。図１２は本発明の第３の実施形態の基板が凹型に反る場合の断面図、図１３は本発明の第３の実施形態の基板が凸型に反る場合の断面図である。
【００５１】
図１２、図1３に示すように第３の実施形態は、第１の実施形態の略山形形状の金属突起または、第１の実施形態または第２の実施形態（図は第１の実施形態）の略山形形状の金属突起の頭頂部をつぶしてハンマー型４ｄにしたものである。よって、略山形形状の金属突起の頭頂部をハンマー型に変えた以外は形状、製造方法とも第１の実施形態または第２の実施形態と同じなので、頭頂部がハンマー型の略山形形状の金属突起の形状とその製造方法について説明する。
【００５２】
図１４（ａ）は略山形形状の金属突起の断面図であり、（ｄ）はその上から見た図である。図１４（ｃ）は頭頂部がハンマー型の金属突起の断面図であり、図１４（ｅ）はその上から見た図である。図１４（ｃ）、（ｅ）で示すように頭頂部がハンマー型の金属突起４ｄは環状の形状になっており、中心に突起４６があり、その突起４６の頭頂部４４がつぶされ環状の平坦部４７が形成され、その突起４６の周囲が平らな台４３になっており、その台４３の外周は壁４５になっている。この金属突起の頭頂部の平坦部４７は、略山形形状の金属突起４ｃの突起４６に比べて大きくなっている。
【００５３】
次に、頭頂部がハンマー型の略山形形状の金属突起４ｄの製造方法については、図１４（ａ）、（ｂ）で示すように高強度の金属ワイヤで形成された山形金属突起４ｃのレベリング時に、レベリングツール５で与える荷重を従来のレベリング時に比べ大きくすることで、頭頂部をつぶしハンマー型にする。
【００５４】
略山形形状の金属突起４ｃの頭頂部をつぶしハンマー型にする効果として、ハンマー型の大きさを変化させる事によって導電性ペーストの転写量を変化させ、安定したフリップチップ接続を得ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明にかかる半導体装置およびその製造方法は、半導体素子の電極パッドがエリアパッド配置の場合に半導体素子を基板にフリップチップ実装することが可能になり、1本のキャピラリで製造できるので、多ピン化に対応した半導体装置とその量産方法に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の金属突起のエリアパッド配置を示す平面図である。
【図３】（ａ）はエリア配置された凸型金属突起において、熱衝撃試験(Ｈ／Ｓ）を行った時の試験サイクル数と接続抵抗の関係を示す図、（ｂ）はエリア配置された略山形形状の金属突起において、熱衝撃試験(Ｈ／Ｓ）を行った時の試験サイクル数と接続抵抗の関係を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の他の例の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の他の例の金属突起のエリアパッド配置を示す平面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の金属突起の製造方法と製造にかかわるキャピラリの断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置の金属突起の製造方法と製造にかかわるキャピラリの断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態にかかる半導体装置のフリップチップ実装工法を示す工程断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置の断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置の金属突起の製造方法と製造にかかわるキャピラリの断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態にかかる半導体装置の金属突起の製造方法と製造にかかわるキャピラリの断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態にかかる半導体装置の断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態にかかる半導体装置の他の例の断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態にかかる半導体装置の金属突起の製造方法を示す断面図、（ｄ）、（ｅ）は金属突起の平面図である。
【図１５】従来の半導体装置の金属突起の製造方法と製造にかかわるキャピラリの断面図である。
【図１６】従来の半導体装置のフリップチップ実装工法を示す工程断面図である。
【図１７】従来のエリアパッド配置の半導体装置の断面図である。
【図１８】従来のエリアパッド配置の半導体装置の金属突起の配置を示す平面図である。
【図１９】従来のエリアパッド配置の半導体装置の断面図である。
【図２０】従来のエリアパッド配置の半導体装置の断面図である。
【図２１】（ａ）は従来の金属突起に導電性ペーストを転写した状態の断面図、（ｂ）はその導電性ペーストを転写した金属突起を基板の電極パッドに圧着した状態の断面図である。
【図２２】従来のエリアパッド配置の半導体装置の他の例の断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  半導体素子
２  半導体素子の電極パッド
３  キャピラリ
３１  キャピラリ先端の平坦面
３２  キャピラリホール
３３  キャピラリの側周面の段差
４  金属突起
４ｃ  裾野の周縁が盛り上がった形状をしている略山形形状の金属突起
４ｄ  頭頂部がハンマー型の略山形形状の金属突起
４ｅ  裾野の周縁の盛り上がった部分が複数の段を持つ形状をしている略山形形状の金属突起
４１  金属ワイヤ
４２  Ａｕボール
４３  金属突起の台の平坦部
４４  金属突起の中心部の突起の先端
４５  略山形形状の金属突起の台の外周部の壁
４５ａ略山形形状の金属突起の台の外周部の壁に形成された複数の段
４６  金属突起の中心部の突起
４７  頭頂部がハンマー型の山形金属突起の頭頂部
５  レベリングツール
６  導電性ペースト
７  基板
８  基板の電極パッド
９  エポキシ樹脂
１１  外部端子
ｈ１  山形金属突起の壁の高さ
ｈ２  キャピラリの段差の大きさ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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